CAPTEUR : nom masculin (bas latin captor, celui qui prend)

Activité expérimentale de Terminale S OBSERVER
Cyril Masson – Lycée Pierre et Marie Curie – Neufchâteau- Académie de Nancy-Metz
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ETUDE EXPERIMENTALE D’UNE PHOTORESISTANCE
Compétences attendues :
Pratiquer une démarche expérimentale mettant en œuvre un capteur
Un peu d’histoire (diaporama « l’histoire de l’éclairage public »)
Problématique :
Comment mettre en œuvre un capteur pour créer un éclairage automatique ?
Partie I. Etude du capteur : la photorésistance
1. Présentation du capteur
x
Une photorésistance est un composant électronique dont la résistance électrique varie en
fonction de l’éclairement qu’elle reçoit d’une source de lumière.
Son symbole normalisé dans un circuit est :
a) Proposer un montage permettant de vérifier la phrase écrite en italique.
b) Comment varie la résistance électrique du capteur en fonction de l’intensité de l’éclairement ?
Donner des valeurs associées lorsque la photorésistance est éclairée et lorsqu’elle ne l’est pas.
c) Justifier, en utilisant les documents, que l’on utilise le mot capteur pour désigner la photorésistance.
2. Mise en situation
On désire étudier l’évolution de la tension ainsi que l’intensité circulant dans la photorésistance en fonction de
l’éclairement reçu par la photorésistance dans le montage diviseur de tension suivant :
a) Appliquer la loi d’additivité des tensions à ce circuit. Pourquoi parle-t-on de montage diviseur de tension ?
b) Placer le voltmètre et l’ampèremètre sur le montage ci-dessus, qui permettent de mesurer la tension et
l’intensité du courant circulant dans la photorésistance.
Appel
Domaine de
compétence
(D.C.)
Capacités mobilisées
Coeff
1&4
ANA.
Proposer un protocole en identifiant les paramètres pertinents
3
2&3
REA.
Réaliser et compléter un schéma permettant de mettre en œuvre le protocole
expérimental
2
En continu
VAL.
Extraire des informations des données expérimentales et les exploiter
1
E
UR
Uphoto
E est la tension aux bornes du générateur
UR est la tension aux bornes de la
résistance
Uphoto est la tension aux bornes de la
photorésistance
I
APPEL PROFESSEUR N°1
APPEL PROFESSEUR N°2
Analyser
D.C.
Valider
Réaliser
D.C.
Valider

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c) Réaliser le montage avec E = 5V et R = 1 k.
d) Eclairer la photorésistance avec une lampe dont on fera varier l’éclat en
l’alimentant sous une tension variable. Suivre et compléter le tableau ci-dessous :
Tension appliquée à
la lampe
0 V
1,5 V
3 V
4,5 V
6 V
Eclairement
Nul
Fort
Tension Uphoto
Intensité I
e) Commenter vos résultats.
Partie II. Réalisation d’un allumeur de réverbère
1. Montage
Le montage suivant simule l’allumage automatique du réverbère. On y retrouve le capteur (photorésistance) dans le
montage diviseur de tension étudié précédemment, que l’on a branché sur l’entrée E+ du montage comparateur. On
applique une tension de référence Uréf , qui joue le rôle de « tension de basculement » sur l’entrée E-. Enfin, on
branche en sortie une DEL, associée à sa résistance de protection, qui joue le rôle du réverbère.
2. Analyse du montage
a) En vous aidant des résultats obtenus avec le montage diviseur de tension et des documents fournis, trouver
quelle doit être approximativement la valeur de Uréf, tension de référence pour le basculement de la « réponse »
en sortie du montage comparateur.
En déduire, le sens de branchement de la DEL pour que le montage fonctionne en allumeur de réverbère.
Exposer vos déductions au professeur.
b) Réaliser le montage, générateur éteint. Appeler le professeur avant d’allumer !!!
E = 5V
I
E+
E-
R = 1 k
Uphoto
Uréf
? OU
S
Diviseur de tension étudié précédemment
Montage comparateur
APPEL PROFESSEUR N°4
APPEL PROFESSEUR N°3
Analyser
D.C.

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Fiche de données
Document 1 :
Document 2 : Extrait du dictionnaire Larousse :
CAPTEUR : nom masculin (bas latin captor, celui qui prend)
 Organe qui élabore, à partir d'une grandeur physique, une autre grandeur physique, souvent de nature électrique,
utilisable à des fins de mesure ou de commande.
Exemple :
Capteur solaire, appareil destiné à transformer le rayonnement solaire qu’il reçoit en énergie thermique ou électrique.
Document 3 : Notice d’utilisation d’une diode électroluminescente
Présentation du composant :
Une diode électroluminescente (DEL) est un dipôle optoélectronique, qui émet de la lumière (visible, UV
ou IR) lorsqu’il est traversé par un courant. Sa constitution à base de semi-conducteurs lui confère la
particularité de laisser passer le courant que dans un sens (le sens passant) lorsque la tension Ud appliquée
est supérieure à sa tension seuil Useuil : la DEL est donc polarisée.
Ainsi si Ud > Useuil, l’intensité du courant circulant dans la DEL augmente très rapidement. Cependant, ne
supportant que des courants d’intensité maximale voisine de 20mA, on associe souvent la DEL avec une
résistance de protection (souvent 1 k) qui limite la valeur de l’intensité du courant.
Schéma normalisé : Caractéristique :
Ud
I
SENS PASSANT
Ud
I
SENS BLOQUANT

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Document 4 : Notice d’utilisation de l’amplificateur opérationnel TL081
Présentation du composant :
L’amplificateur opérationnel (AO) TL081 est un composant électronique destiné à amplifier la différence de
potentiel électrique (ie tension électrique) présente à ses bornes d’entrée. Il a pour autre utilité de pouvoir
effectuer des opérations mathématiques dans les calculateurs analogiques : somme, multiplication,
dérivation, intégration, etc.
L’AO TL081 est constitué de transistors regroupés dans un circuit intégré comportant 8 broches.
Schéma normalisé européen :
On ne représente que les deux entrées et la sortie sur le schéma normalisé. Le sigle ∞ veut
dire que l’impédance d’entrée est très grande, donc on peut considérer que l’intensité du
courant des entrées est nulle.
UE+ est la tension appliquée à l’entrée E+, UE- celle à l’entrée E- et US la tension de la sortie.
Comme on ne sait pas mesurer un potentiel, on impose une ligne de référence à 0 V dans
le circuit que l’on appelle « la masse M du circuit », symbolisée par un râteau.
Dans un montage, tous les fils connectés à la masse doivent être reliés entre eux.
Utilisation en mode de saturation :
Dans ce montage, L’AO ne fonctionne pas en régime linéaire. Il n’y a pas
d’amplification des tensions en entrée, mais une saturation.
En sortie on a : US = +15V si UE+ > UE- ou US = -15V si UE+ < UE-
C’est un montage comparateur de tension.
Dans ce montage, où l’on a placé un dipôle récepteur en sortie, on a :
 Si UE+ > UE- alors on a une tension positive en sortie et un courant en sortie qui sort de l’AO vers la masse.
 Si UE+ < UE- alors on a une tension négative en sortie et un courant en sortie qui vient de la masse et qui entre dans
l’AO par la sortie S.
M
UE+
UE-
US
UE+
UE-
US

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Notation et aide à l’évaluation
Appel
D.C.
Capacités mobilisées
Coeff
A
B
C
D
1&4
ANA.
Proposer un protocole en identifiant les paramètres pertinents
3
2&3
REA.
Réaliser et compléter un schéma permettant de mettre en
œuvre le protocole expérimental
2
En continu
VAL.
Extraire des informations des données expérimentales et les
exploiter
1
Aide à l’évaluation :
Appel
Note
1&4.
ANA
Branchement correct de l’ohmmètre sur la photorésistance + bon choix de Uréf + bon choix pour
sens de branchement de la DEL
A.
Deux des 3 critères ci-dessus sont remplis
B.
Un des 3 critères est rempli
C.
Aucun choix n’est juste même après petit déblocage.
D.
2&3.
REA
L’élève place les appareils de mesure correctement sur les schémas et réalise le montage
demandé sans difficulté majeure.
A.
L’élève ne réussit pas le schéma mais réalise le montage après correction ou réussit le schéma et
fait une faute mineure au montage.
B.
L’élève réussit le schéma, mais n’arrive pas à réaliser le montage ou ne réussit pas le schéma et
fait une faute mineure au montage
C.
L’élève ne réussit pas le schéma et n’arrive pas à réaliser le montage.
D.
En
continu
VAL
L’élève répond juste au moins aux questions 1. b), 1. c), et 2. e)
A.
L’élève répond juste à 2 des 3 questions citées ci-dessus.
B.
L’élève répond juste à 1 des 3 questions citées ci-dessus.
C.
L’élève ne répond pas juste aux 3 questions citées ci-dessus.
D.